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锅炉除尘技术1131440027沈浩磊空气中的颗粒物是影响我国城乡空气质量的主要污染物之一。据统计每人每天吸入的空气量远远超过每天的饮水量和进食量,在这些吸入的空气中经常携带着大量的颗粒物,对人体健康产生了重大的影响。研究发现,大气中SO2、NOx和CO等污染物的含量与人类死亡率并没有紧密的联系,而可吸入颗粒物则成为导致人类死亡率上升的主要原因[1]。在我国各大城市的污染物监测中发现[2],总悬浮颗粒物(TSP)70%以上的来源是燃烧过程,目前我国工业锅炉每年的烟尘排放量约6~8Mt,占全国烟尘总排放量的33%~35%,可见减少锅炉燃烧烟尘排放对改善大气质量有着举足轻重的作用。1、国内除尘技术发展面对不断严格的烟尘排放要求，我国先后经历了机械式除尘器、湿式水膜除尘器、静电除尘器、布袋除尘器。据统计，对于粒径0.1到0.3μｍ范围内的颗粒，常用静电除尘器除尘效率接近９９％，精细设计的布袋除尘器除尘效率达到99.9%，但是，却面临着压降增大和运维费用较高的问题。在严峻形势之下，电袋复合除尘器应运而生。电袋复合除尘器结合了静电除尘和布袋除尘两者的优点，其研发得到了国家层面上的认可与大力支持，国家科技部批复了“十一五”高技术研究发展计划（“863”计划）“大型燃煤电站锅炉烟气电袋复合除尘技术与装备”的研究课题。国家“973”项目“燃烧源可吸入颗粒物的物理化学特征及其成因”着重研究了不同燃烧源产生的颗粒物的物理化学特征。南方电网有限责任公司（以下简称南方电网）对“大型电袋复合除尘器运行特性的研究”项目的立项也给予经费支助。这些研究课题的立项，为寻求烟尘及PM2.5的终极解决办法提供了有力的保障[3]。2、电站锅炉除尘技术2.1静电除尘静电除尘器的基本原理及特点。首先通过电晕放电建立一个高压电场,当气流从中通过时,颗粒物(包括焦油雾滴)与正负离子碰撞带电,并在电场力的作用下定向移动,在集尘极放电聚集,最后达到烟气除尘的效果。电除尘器的主要优点:①初期除尘效率能达到99%,能捕集1μm以下的细微粉尘,但从经济方面考虑,一般控制一个合理的除尘效率。②处理烟气量大,可用于高温(可高达500摄氏度)、高压和高湿(相对湿度可达100%)的场合,能连续运转,并能实现自动化。③具有低阻的特点,电除尘器压力损失仅100~200Pa。电除尘器的主要缺点:①设备庞大,耗钢多,需高压变电和整流设备,高压供电设备的输出峰值电压通常为70~100kV,投资高。②制造、安装和管理的技术水平要求较高。③不具备离线检修功能,一旦设备出现故障,或者带病运行,或者只能停炉检修[4]。2.1.1烟气的调质技术粉尘的比电阻是影响静电除尘器工作效率的重要方面,高比电阻粉尘对于静电除尘器除尘工作的影响更大。为了解决这个问题,在烟气里面加入了调质剂,这样能够有效改善除尘的效果。这种调质技术可以分为两类,分别为加湿的调质处理和化学调质处理。加湿调质技术主要是使用喷水以及喷蒸汽的方法来进行调理。相关的实践表明,加湿处理可以很大程度上降低烟气的温度,使粉尘比电阻居于比较适合收尘的环境下,这样可以大大提高静电除尘器的除尘效率。化学的调质技术是加入很少量的化学调理剂来解决高比电阻的问题。但是这种化学调理剂很难发现,具有一定的局限性。2.1.2疑聚技术凝聚技术是在近几年才发现的,它能够有效减少烟气中的微细粒子,改善除尘性能等。凝聚技术的发挥就是在除尘器的前面大致长五厘米的进口烟道位置安装一个凝聚器,这个凝聚器可以作为一种高速烟气在进入除尘器之前的一种预先的处理装置。凝聚器主要包含一组正负极相间的平行通道,加入的烟气和灰尘在通过的时候按照这个通道的正或负来分别得到正、负电荷。这样灰尘就会有一半荷正电而另外一半是荷负电。凝聚器在运行费用方面也存在优势,还能不受到场地的制约,大受欢迎。静电除尘技术在发展的过程中经历了很大的变化,但是在除尘器方面一直没有改变传统的钢质模式。随着科学技术的发展,国外一些专家发现膜吸尘极具有更多的优异性。膜吸尘极材料的质地很轻,这样材料在运输和安装的过程中将大大减少劳动强度,另外,该材料的价格十分低廉,对于吸尘器的制作成本来说是一种突破。膜吸尘极还具有很高的除尘效率,而且因为它没有加强筋,所以不容易对流场造成严重的干扰,且减少了一些局部的涡流的出现,减少二次飞扬现象。膜吸尘具有耐腐蚀的优点,还具有十分灵活的吸尘清灰的方式。在一样的外力作用下,它的剪切应力一般会比钢板材质强大概四倍以上,因此在使用拉载荷方式进行清灰处理的时候,只需施加较小的外力就能很方便地使积灰层产生较大的反应。因此,在未来的发展道路中,静电除尘技术的发展将不断走向高效和便利,能够有效减少空气污染,为促进我国的生态平衡提供帮助[5]。SF及F系列电除尘器这是上海矿山机器厂和诸暨电除尘器总厂在引进瑞典菲达公司技术的基础上发展的，它是与300MW和600MW电站燃煤锅炉配套的设备，收尘极为735C形板，放电板为高镍耐腐蚀不锈钢螺旋线。BS780系列电除尘器平顶山及西安矿山机器厂引进德国鲁奇公司的技术，采用ZT一24收尘极，电晕线为B5锯齿线，已广泛用于水泥工业的预热窑尾、热料冷却机、水泥磨机和煤磨等。2.2布袋除尘布袋除尘器的基本原理及特点。布袋除尘器是过滤式除尘技术的一种,是利用多孔过滤介质(滤袋)捕捉并分离颗粒物进行除尘的技术。根据烟气特性,滤袋的材质可以是天然纤维、化学合成纤维、玻璃纤维、金属纤维或其他材料。随着滤料改进,袋式除尘器已逐步在锅炉除尘领域推广应用,并呈现长足发展势态。布袋除尘器的优点:①除尘效率高,可达到99.9%以上。②附属设备少,投资省,技术要求比电除尘器低。③能捕集比电阻高,电除尘难以回收的粉尘。④性能稳定,对负荷变化适应性好,运行管理简便,特别适宜捕集细微而干燥的粉尘,所收的干尘便于处理和回收利用。⑤适合生产全过程除尘,降低总量排放。布袋除尘器的缺点:①用于处理相对湿度高的含尘气体时,应采取保温措施(特别是冬季),以免结露造成“糊袋”。②用于净化有腐蚀性气体时,应选用适宜的耐腐蚀滤料;用于处理高温烟气时,应采取降温措施,将烟温降到滤袋长期运转所能承受的温度以下,并尽可能采用耐高温的滤料。③阻力较大,一般压力损失为1000~1500Pa。④由于国内技术还不成熟,脉冲阀等关键部件还需要进口[6]。蜂窝状袋式除尘器是沈阳铝镁设计院消化移植法国空气工业公司的产品，其特点是每个过滤单元由6-10个扁袋组成，由上部插入过滤室，采用聚丙烯针刺毡，过滤风速0.8-1.5m/min，每m'容积的过滤面积为12.9m'。分单元采用停风反吹清灰，反吹风机风压为2000-3000Pa,滤袋在10秒中内膨胀收缩三次，以加强清灰效果。美国久益公司的反吹清灰袋式除尘器，由哈尔滨环保设备研究所引进后开发了HJL型分室反吹袋式除尘器，每室204条滤袋，袋长约lom，过滤风速0.46m/min，总过滤面积可达16000m'，采用玻纤滤料。美国已大量用于电站锅炉除尘器中。这种除尘器采用薄板式提升阀代替国内传统的箱式切换阀，其漏风率只有0.04，并采用设备内部洁净气体反吹，使反吹系统始终处于洁净、干燥、不结露状态。2.3电袋组合式除尘电袋组合式除尘器的基本原理及特点。电袋组合式除尘器是综合利用和有机结合电除尘器与布袋除尘器的除尘优点,先由电场捕集烟气中大量的粉尘,再经过布袋收集剩余细微粉尘的一种组合式高效除尘器。具有除尘稳定(不大50mg/m3)、性能优异的特点。电除尘与布袋除尘结合方式不同,其除尘原理也不一样。比较常见的有两种方式:一种是在电除尘后再接一个布袋除尘器,通过电除尘之后剩余的比较细小的粉尘颗粒由布袋除尘除掉,这种方式是目前最常见的电袋除尘器结构型式。安庆石化热电厂锅炉采用该种型式电袋除尘器,运行稳定,综合除尘效率可达99.99%。第二种结构,是电除尘和布袋除尘并列运行,原理相对复杂些,电布单元不分先后对烟气处理,只是烟气必须通过布袋除尘过滤才能排放。主要优点是清灰时能相互弥补,真正地解决二次扬尘问题,但目前还处于开发阶段,工业化应用的较少[7]。近年来，国内一些科研院所和企业也相继开展了电袋结合除尘技术的研究与开发。同方环境股份有限公司（以下简称同方环境）、清华同方股份公司（以下简称清华同方）、福建龙净环保股份公司（以下简称福建龙净）、浙江菲达环保科技股份有限公司等的电袋除尘技术都有了一定的市场业绩。2011年，广东省内首次采用的国产600MW级的电袋除尘器正式投运。2012年，自主研制、世界首台1000MW级的电袋除尘器则在河南新密电厂投运，标志着我国电袋除尘器的技术研发能力已处于世界领先水平。同方环境和清华大学热能系燃烧源可吸入颗粒物形成机理与脱除课题组合作，进行系列电袋紧密结合除尘器的开发与研究，并通过建立2套实验装置，对电袋复合除尘器内的流场和灰饼的过滤沉积特性进行研究［8］。福建龙净开发的ＦＥ型电袋复合除尘器，清华同方研制的ＥＦ型电袋复合式除尘器［9］都是一种结合了静电除尘技术和布袋除尘技术的新型高效除尘器。在南方电网的支助下，广东电网公司电力科学研究院联合华南理工大学，通过建立电袋复合除尘机理实验台，开展了600MW、1000MW机组电袋复合除尘技术的数值模拟、机理实验、现场运行优化试验及PM2.5测试等研究工作，并取得了一定的成果[10]。3、国内外学术研究进展龙正伟等人研究了电除尘器的模拟方法，采用二阶迎风公式，通过调用线性结构使潜在的公式进行离散。使用二阶迎风的方法模拟电场场强，采用最小二乘法重新构建梯度公式的方法可以处理复杂的非结构化网格。模拟结果表明，这种线性预测方法与实验值吻合较好，为静电除尘器的模拟提供了新的理论依据。ＣＡＮＣＥＳ等人使用ＦＬＵＥＮＴ软件模拟了湍流情况下的气体流动和颗粒运动轨道，研究了电场中离子电离的情形。实验采用拉格朗日公式模拟颗粒电离密度。实验结果表明离子电离主要取决于除尘器电场情况和颗粒滞留时间。ＳｈａｈＭ．Ｅ．Ｈａｑｕｅ等人采用ＣＦＤ模拟热塔静电除尘器中流体流动情况。通过采用此方法，可以观察到ＥＳＰ内部的流体状况。实验中采用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ξ湍流模型来解决气体流动中的线性计算问题。实验结果与电站采集数据吻合较好。Ｋ．Ｓ．Ｐ．Ｎｉｋａｓ等人提供了一种模拟方法，该方法可以发现ＥＳＰ收尘机理、电场中离子对于除尘效果的影响。数据分析结果表明，十字流漩涡的形成对离子的走向影响很大，并严重影响了ＥＳＰ的除尘效率，尤其是对较小颗粒的除尘效果明显。若气体流动方向一致，则可以大大提高ＥＳＰ的除尘效率。Ｓ．Ｓｈａｎｔｈａｋｕｍａｒ等人论述了大气中悬浮颗粒对于人体的危害，综述不同类型除尘器的发展情况，介绍在ＥＳＰ添加化学添加剂或者喷洒水滴来提高除尘效率。分析、比较数据结果表明，电厂中使用最多的除尘器是ＥＳＰ，其它型式除尘器的除尘效率相对较低。ＡｎａｔｏｌＪａｗｏｒｅｋ等人讨论了最新的除尘手段。介绍在过去几十年中，ＥＳＰ一直是主要的除尘手段，随着排放标准的日益严格，越来越多的新型除尘技术被研发出来，如电袋复合除尘器、静电与旋风分离器相结合的除尘器等。比较了ＥＳＰ与粘结剂、增强型的电极以及多级电场间的相互结合。云南银发环保集团有限公司和西安热工研究院有限公司和国内一些高校学者也对电袋复合除尘器进行了相关研究。目前国内已取得了一批关于电袋复合除尘器的专利成果，已有部分电袋复合除尘器运行了3～6年。600ＭＷ、1000ＭＷ级的电袋复合除尘器也已研发成功并开始批量投运。柳静献等对静电除尘、袋式除尘、电袋复合除尘的理论进行了研究和分析，以实验手段系统研究了粉尘层的荷电情况、微细颗粒物在静电场中的凝并机制；不同荷电粉尘对阻力、效率和残余阻力的影响以及荷电状态下不同滤料的动态过滤特性。研究表明，粉尘在荷电条件下发生接触凝并，并且随着荷电电压的增加凝并现象越明显；在相同的粉尘负荷条件下，阻力值和阻力上升速率随着荷电电压的增加而减小；复合除尘器的除尘效率高，且几乎不受粉尘比电阻的影响；在相同的定压喷吹次数下，残余阻力、残留粉尘负荷和喷吹周期持续时间随着荷电电压的增加